Le locus coeruleus est une région du cerveau qui joue un rôle déterminant dans la coordination de notre traitement mental et constitue la principale source de noradrénaline dans le cerveau, qui agit pour réguler les états d’éveil et le comportement adaptatif. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Lausanne (UNIL) ont identifié un nouveau rôle pour le locus coeruleus dans le sommeil et ses perturbations.
Les résultats chez la souris sont publiés dans Neurosciences naturelles dans un article intitulé « Les fluctuations d’activité du locus coeruleus noradrénergique infraslow sont les gardiens du cycle de sommeil NREM-REM » et démontre que le locus coeruleus facilite la transition entre les états de sommeil NREM et REM tout en maintenant une vigilance inconsciente envers le monde extérieur.
« Le locus coeruleus noradrénergique (LC) régule les niveaux d’éveil pendant l’éveil, mais son rôle dans le sommeil reste flou », ont écrit les chercheurs. «Ici, nous montrons chez la souris que l’activité neuronale fluctuante du LC divise le sommeil à mouvements oculaires non rapides (NREMS) en deux états cérébraux autonomes qui régissent le cycle NREMS-REMS sur des périodes d’environ 50 secondes ; une activité LC élevée induit un état d’éveil sous-cortical-autonomique qui facilite les microéveils corticaux, alors qu’une faible activité LC est requise pour les transitions NREMS-REMS.
L’étude, dirigée par Anita Lüthi, PhD, chercheuse au département de neurosciences fondamentales de la Faculté de biologie et de médecine de l’UNIL, montre que le LC détermine quand la transition entre les deux états de sommeil est possible, indiquant que cette zone du cerveau est crucial pour la cyclicité normale des états de sommeil. L’équipe a également découvert que les expériences de la journée, notamment le stress, perturbent l’activité du LC pendant le sommeil et entraînent un cycle de sommeil désorganisé et des réveils trop fréquents.
La LC, reconnue depuis longtemps comme le centre de la production de noradrénaline – la principale hormone régissant notre capacité à répondre aux défis environnementaux en mobilisant le cerveau et le corps – est essentielle à l’éveil cognitif. Pendant le sommeil, son activité devient fluctuante, alternant entre des pics et des creux à des intervalles d’environ 50 secondes. Le rôle de cette activité est resté jusqu’à présent mal compris.
Les neuroscientifiques de l’UNIL ont spécifiquement ciblé les voies neuronales de cette région du cerveau chez la souris. « Nous avons constaté que les pics et les creux de l’activité fluctuante du LC jouent un rôle clé dans l’organisation du sommeil. Il s’agit d’un nouvel élément structurel du sommeil ; cela fonctionne un peu comme une horloge », a expliqué Georgios Foustoukos, PhD, l’un des principaux auteurs de l’étude et chercheur postdoctoral au laboratoire de Lüthi.
Leurs résultats montrent que le sommeil est composé d’unités structurelles jusqu’alors inconnues, au cours desquelles deux fonctions sont successivement coordonnées. Lors des pics d’activité du LC, une partie du cerveau sous-cortical entre dans un état d’éveil, grâce à la noradrénaline, permettant une vigilance inconsciente envers l’environnement et les dangers potentiels. A l’inverse, lors des creux, des transitions vers le sommeil paradoxal sont possibles.
Dans des conditions normales, le sommeil NREM humain se compose de quatre étapes distinctes qui incluent les étapes de sommeil les plus profondes. Le sommeil paradoxal, quant à lui, se caractérise par une activité cérébrale élevée associée aux rêves et occupe environ un quart de la nuit. Une nuit typique alterne, de manière coordonnée, entre les états NREM et REM, permettant au corps et à l’esprit de se reposer et de récupérer.
Les neuroscientifiques de l’UNIL ont identifié le LC comme le gardien de ces transitions, contrôlant précisément le moment où le passage du sommeil NREM au sommeil paradoxal peut survenir, notamment aux moments où son activité est faible.
À l’inverse, les scientifiques ont découvert que lorsque l’activité du LC est élevée, davantage de noradrénaline est libérée dans le cerveau, ce qui rend certaines zones du cerveau plus susceptibles d’être excitées, sans pour autant réveiller l’organisme. Cet état représente un type d’éveil jusqu’alors inconnu qui génère une vigilance envers l’environnement et le corps pendant le sommeil, facilitant un réveil complet et rapide en cas d’urgence. «En d’autres termes, le cerveau est semi-éveillé au niveau sous-cortical alors qu’il est endormi au niveau cortical», explique Lüthi.
Ces découvertes fournissent des informations cruciales pour une meilleure compréhension des troubles du sommeil et pourraient conduire à de meilleurs traitements.
« Nos découvertes peuvent aider à mieux comprendre les troubles du sommeil associés aux troubles de santé mentale tels que l’anxiété ou d’autres troubles du sommeil », a déclaré Lüthi. « De plus, ils ouvrent la voie à de nouveaux traitements, comme l’utilisation du LC comme biomarqueur pour surveiller et potentiellement corriger les cycles de sommeil. La force de notre travail réside dans le fait que nous rapprochons l’activité neuronale du cerveau endormi des mesures du sommeil humain que nous connaissons à l’hôpital.
Des collaborations cliniques avec le Centre hospitalier universitaire de Lausanne (CHUV) ont été initiées pour évaluer si les mécanismes identifiés chez la souris peuvent être appliqués au sommeil humain.
